Bagaimana cara merancang nilai resistor gerbang?


11

Ini adalah lembar data IC driver yang saya kerjakan (LM5112).

Berikut ini adalah diagram aplikasi modul.

Sirkuit aplikasi

Pada dasarnya ini adalah rangkaian driver GATE untuk MOSFET dengan sinyal PDM sebagai input. Saya mencari cara menghitung nilai resistor input MOSFET (R3)?

Tegangan input MOSFET (VDS) = 10V Daya keluaran yang dibutuhkan adalah 200W.

Pertanyaan:

1) Bagaimana cara menghitung resistor input MOSFET?

2) Apa faktor yang mempengaruhi perhitungan resistor input MOSFET?

3) Apa yang akan menjadi nilai resistor maksimum dan minimum yang mungkin dan efek dalam rangkaian jika nilai resistor diubah (Meningkat atau berkurang)?

Harap beri tahu saya jika ada informasi lebih lanjut.


2
Memberi +1 pada apa yang dikatakan peufeu. Saya mulai dengan 10 ohm untuk semua gerbang dan bekerja dengan cara saya dari sana.
Menang

3
Kapasitansi masukan dari MOSFET (itu ditampilkan sebagai dalam datasheet)Ciss dan gerbang resistor ( )RG akan membentuk low-pass filter dengan cut-off frekuensi . Ini harus diperhitungkan saat memilih resistor gerbang seri. fC=1/(2π RG Ciss)
Rohat Kılıç

Jawaban:


16

Jika Anda memilih driver ini, yang memiliki arus keluaran besar (7A) maka saya kira Anda perlu gerbang drive saat ini untuk mengganti FET yang sangat besar sangat cepat.

Gerbang resistor hanya akan memperlambat segalanya dengan mengurangi arus drive gerbang, sehingga nilai optimalnya adalah nol ohm. Nilai maksimumnya tergantung pada kerugian switching yang dapat diterima (switching yang lebih lambat menyebabkan kerugian switching yang lebih banyak).

Gerbang resistor masih dapat memiliki kegunaan:

  • Perlambat switching untuk mengurangi EMI. Tetapi dalam hal ini Anda sebaiknya menggunakan driver yang lebih lemah (lebih murah).
  • Kurangi lonjakan saat ini yang diambil dari pasokan selama penyalaan MOSFET. Jika decoupling lokal tidak cukup baik, arus ini dapat membuat VCC melorot, memicu UVLO chip. Untungnya pinout chip membuatnya mudah untuk mencapai decoupling induktansi rendah.
  • Dalam hal tata letak suboptimal dengan jejak gerbang panjang. Ini menambahkan induktansi di gerbang yang dapat menyebabkan MOSFET berosilasi. Sebuah resistor akan mengurangi osilasi, dengan biaya switching yang lebih lambat. Ini sedikit bantuan band, tata letak yang ketat lebih disukai.

Saya akan menyarankan untuk meletakkan tapak resistor untuk berjaga-jaga, dan mulai dengan jumper 0R.


1
Gerbang resistensi juga membatasi lonjakan saat ini saat mengisi / mengeluarkan gerbang. 3A / 7A terdengar seperti banyak, tetapi dengan MOSFET yang lebih besar, dan kapasitansi gerbang yang lebih besar, nilai-nilai ini tidak lagi tampak begitu besar,
Trevor_G

1
Ya, pengemudi ini juga perlu decoupling yang solid
peufeu

1
Seperti @Trevor katakan, resistor ada di sana terutama karena efek kapasitansi gerbang pada sirkuit penggerak. Itulah titik awalnya.
TonyM

3
Perhatikan bahwa Anda juga dapat menggunakan satu atau dua dioda dan dua resistor untuk memiliki tahanan berbeda untuk pengisian vs pemakaian gerbang, yang dapat memungkinkan Anda untuk menyetel menyalakan dan mematikan laju secara mandiri. Mematikan MOSFET terlalu tajam bisa berdampak buruk jika menggerakkan beban induktif, jadi saya tidak akan mengatakan "nol" ohm adalah titik awal untuk nilai optimal.
Dennis

2
@ vt673 datasheet memberikan tata letak contoh dengan posisi tutup decoupling, mengikuti contoh ini sangat dianjurkan! Saya akan menggunakan 1μF di 0603 // 10μF dalam batas paket yang lebih besar. Berapa frekuensi switching?
peufeu

33

Memahami Gerbang A MOSFET

MOSFET adalah perangkat luar biasa yang memberikan banyak manfaat saat mengemudi berbagai muatan. Fakta bahwa mereka digerakkan oleh tegangan dan bahwa, ketika dinyalakan, mereka memiliki resistansi yang sangat rendah menjadikannya perangkat pilihan untuk banyak aplikasi.

Namun, bagaimana sebenarnya gerbang itu bekerja mungkin adalah salah satu karakteristik yang paling sedikit dipahami bagi banyak orang adalah desainer.

Mari kita lihat sirkuit MOSFET khas Anda.

CATATAN: Saya hanya akan menggambarkan perangkat N-Channel di sini, tetapi P-Channel bekerja dengan mekanisme yang sama.

skema

mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab

RGATERGATE

skema

mensimulasikan rangkaian ini

RgCGSCGD

Untuk memperumit masalah lebih lanjut, kapasitansi tersebut tidak konstan dan berubah tergantung pada voltase yang diberikan. Contoh khas ditunjukkan di bawah ini.

masukkan deskripsi gambar di sini

CGSCGD

Igate=VGate/(Rsource+RGATE+Rg)

RGATERg

RGATE=VGate/(Imax)

CATATAN: Dimungkinkan untuk menggunakan dua resistor gerbang, dengan dioda terkait jika batas sumber dan sink berbeda pada driver, atau kebutuhan untuk mempertajam turn on atau off edge.


Pengaturan waktu adalah segalanya

Ok, jadi sekarang mungkin Anda bisa melihat mengapa resistor gerbang itu penting. Namun Anda sekarang perlu memahami implikasi dari memiliki gerbang itu dan apa yang terjadi jika itu terlalu besar.

RGATECGSCGD

Mari kita menganalisis rangkaian sederhana ini.

masukkan deskripsi gambar di sini

Di sini saya telah memilih MOSFET khas yang memiliki resistansi masukan sekitar 2,5 ohm. Dengan saluran yang dialirkan ke tanah seperti ditunjukkan di atas, jejak-jejak berikut dapat diplot di tepi atas pulsa.

masukkan deskripsi gambar di sini

RGate

Tepi jatuh pulsa, tidak mengherankan, serupa.

masukkan deskripsi gambar di sini

Ok jadi mari kita terapkan tegangan kecil, 1V, ke gerbang, dengan resistor beban 1 Ohm.

masukkan deskripsi gambar di sini

Ada tiga hal yang harus Anda perhatikan di jejak di atas.

  1. VDCGDCGD

  2. RGATE

  3. Jika Anda memiliki mata elang, Anda mungkin juga melihat sedikit defleksi pada I (R_GATE) ketika MOSFET menyala.

Ok sekarang izinkan saya menunjukkan kepada Anda tegangan yang lebih realistis dengan 10V dan 10 Ohm pada beban.

masukkan deskripsi gambar di sini

Vgs

VGSCGDCGDCGDCGSVGS

Pada titik ini, sesuatu seharusnya menjadi jelas bagi Anda. Itu adalah...

Nyalakan penundaan berubah dengan tegangan beban!

CGD

Mari kita tingkatkan hingga max yang dapat ditangani oleh perangkat ini, 300V, masih dengan beban 1A.

masukkan deskripsi gambar di sini

Perhatikan tempat datar sekarang SANGAT panjang. Perangkat tetap dalam mode linier dan membutuhkan waktu lebih lama untuk hidup sepenuhnya. Sebenarnya saya harus memperluas basis waktu pada gambar ini. Gerbang saat ini sekarang dipertahankan selama sekitar 6uS.

Melihat waktu mematikan itu bahkan lebih buruk dalam contoh ini.

masukkan deskripsi gambar di sini

CGD

Ini berarti jika Anda memodulasi daya ke beban, frekuensi Anda dapat mengendarainya sangat tergantung pada tegangan yang Anda alihkan.

Semacam apa yang bekerja pada 100KHz pada 10V ... dengan arus gerbang rata-rata sekitar 400mA ...

masukkan deskripsi gambar di sini

Tidak memiliki harapan pada 300V.

masukkan deskripsi gambar di sini

Pada frekuensi ini daya yang dihamburkan dalam MOSFET, gate resistor dan driver mungkin akan cukup untuk menghancurkannya.


Kesimpulan

Selain penggunaan frekuensi rendah yang sederhana, MOSFET penyetelan halus untuk bekerja pada voltase dan frekuensi yang lebih tinggi membutuhkan sejumlah pengembangan yang cermat untuk mengekstraksi karakteristik yang mungkin Anda perlukan. Semakin tinggi Anda menjalankan semakin kuat driver MOSFET perlu sehingga Anda dapat menggunakan resistensi gerbang sesedikit mungkin.


4
+1 karena jawaban ini lebih baik daripada LOL saya
peufeu

@peufeu meh .. berbeda .. mungkin tidak lebih baik. ;)
Trevor_G

Nilai dalam lembar data mana yang sesuai dengan Imax dalam persamaan?
Marek
Dengan menggunakan situs kami, Anda mengakui telah membaca dan memahami Kebijakan Cookie dan Kebijakan Privasi kami.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.